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Nickel-Schwefel-Dispersionsabscheidung auf Nickelschäumen für den Einsatz als Kathode in Lithium-Schwefel-Batterien
Am Forschungsinstitut für Innovative Oberflächen (FINO) der Hochschule Aalen liegt der Forschungsschwerpunkt der Arbeitsgruppe um Professor Dr. Timo Sörgel auf der galvanischen Dispersionsabscheidung. Dabei ist es ein Ziel, für dieses vielseitige Verfahren neuartige Anwendungsbereiche zu erschließen. Ein schnell wachsender Forschungsbereich ist die Entwicklung von neuen mobilen und stationären Energiespeichern (Post-Li-Ionen-Technologien) mit besseren Energie- und Leistungsdichten für beispielweise die Elektromobilität oder mobile Endgeräte. Eine aussichtsreiche Technologie stellt das System Lithium/Schwefel (Li/S) dar. Der Arbeitsgruppe ist es zusammen mit dem Forschungsinstitut Edelmetalle + Metallchemie (fem) in Schwäbisch Gmünd gelungen, durch die Anwendung und Kombination etablierter galvanotechnischer Verfahren, wie Galvanoformung und Dispersionsabscheidung, neuartige Kathodenkonzepte für Lithium-Schwefel-Akkumulatoren umzusetzen. In einer Dispersionsabscheidung kann dazu ein offenporiger Nickelschaum als 3D-Stromsammlersubstrat mit dem Aktivmaterial Schwefel in einer Nickelmatrix beschichtet werden. Dabei gelingt es, das 3DSubstrat mit einer hohen Menge an Schwefel homogen zu beladen und die für die spätere Funktion als Batteriekathode essentielle Porosität und damit die Elektrolytzugänglichkeit zu erhalten. Die Aktivmaterialbeladung pro nominaler Kathodenfläche der neuartigen Kathoden übertrifft den in der Fachliteratur an kommerziell konkurrenzfähige Li/S-Akkumulatoren gestellten Wert um ein Vielfaches. Durch die Aufbringung einer 50 nm dicken NiSx-Legierungsschicht kann die spezifische Kapazität nochmals gesteigert werden.
WOMag 10/2016 Kesten, O.; Wengel, A.; Sörgel, S.; Sörgel, T.
Electrodeposition of Nickel-Sulphur Composites onto Nickel Foams for use as Cathodes in Lithium-Sulphur Batteries
At the Research Institute for Innovative Surfaces (FINO) based at the Aalen Technical College, the research focus of the group led by Prof. Timo Sorgel, centres on the electrodeposition of composite coatings. The aim is to develop new applications of this versatile process. One area of rapid growth is the development of improved electrical energy storage devices both for mobile and stationary applications (post existing lithium ion technology) with improved energy density and power density performance. One promising system is the technology based on lithium – sulphur (Li/S). Working together with the F E M Research Group for Noble Metals and Metal Chemistry based at Schwabisch Gmund, processes such as electroforming and electrodeposition of composite's are being investigated for manufacture of new types of cathode for lithium-sulphur batteries. Thus an electrodeposited composite over an open-pored nickel foam provides a 3D current collecting substrate with sulphur as the active material coated onto a nickel matrix. This allows the 3D substrate to be loaded homogeneously with large amounts of sulphur as well as providing the porosity which is essential to its functioning as a battery cathode thus maintaining electrolyte access. Results obtained to date with the novel cathode indicate an approximately tenfold increase in charging rate over that normally required. By application of a 50 nm thick NiSx- alloying layer, the specific capacity can be increased even further.
